EP1725812A1 - Chaudiere oxy-combustion avec production d'oxygene - Google Patents

Chaudiere oxy-combustion avec production d'oxygene

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EP1725812A1
EP1725812A1 EP05728112A EP05728112A EP1725812A1 EP 1725812 A1 EP1725812 A1 EP 1725812A1 EP 05728112 A EP05728112 A EP 05728112A EP 05728112 A EP05728112 A EP 05728112A EP 1725812 A1 EP1725812 A1 EP 1725812A1
Authority
EP
European Patent Office
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membranes
boiler
bed
hearth
solids
Prior art date
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Granted
Application number
EP05728112A
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German (de)
English (en)
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EP1725812B1 (fr
Inventor
Jean-Xavier Morin
Corinne Beal
Silvestre Suraniti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1725812A1 publication Critical patent/EP1725812A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1725812B1 publication Critical patent/EP1725812B1/fr
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18Details; Accessories
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32Direct CO2 mitigation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to boilers for power plants and more particularly those using solid fuels containing carbonaceous materials.
  • this type of boilers uses air as an oxidizer. This technology is proven, but it must face new requirements to capture C0 2 in the fumes from the combustion of these carbonaceous materials before being released into the atmosphere. It is of course possible to selectively extract the C0 2 contained in the fumes, but given their low content (15% by volume), this post-capture proves to be penalizing in yield and extremely costly.
  • To reduce the amount of CO 2 produced it is known from the patents US Pat. No. 6,202,574 and US Pat. No. 6,505,567, to carry out the combustion using oxygen no longer diluted in nitrogen as in air, but oxygen diluted in recycled C0 2 .
  • the boiler then produces only a gaseous stream of C0 2 and water vapor which can be dried and liquefied to be transported for a later use of C0 2 or for underground sequestration.
  • O2 / CO2 combustion the selective step of extracting the C0 2 contained in the fumes, with high energy consumption, is eliminated, but there appears a new energy penalty resulting from the electrical consumption linked to the production of oxygen.
  • cryogenic which is the only one available to date to produce large quantities of oxygen. The consumption due to the production of oxygen is such that it risks making the oxy-combustion technology economically prohibitive.
  • there are high temperature oxygen transport membranes allowing oxygen to be extracted from the air.
  • the object of the present invention is to provide a boiler using oxygen as an oxidizer which has both a high efficiency, a high compactness and a relatively reasonable cost.
  • the boiler according to the invention is in a circulating fluidized bed, it uses solid fuels and oxygen obtained by membranes for producing oxygen at high temperature, and it is characterized in that the membranes are arranged in the bed. These membranes are for example of the OTM (Oxygen Transport Membranes) type.
  • the membranes operate at more than 700 ° C. (between 700 and 1000 ° C.), their positioning in the external bed is particularly suitable since the temperature of the solids circulating in the external bed is from 750 to 900 ° C. This is particularly remarkable because the operating temperature windows of the circulating fluidized bed coincide with the optimal temperature window for use of the membranes.
  • the membranes are traversed by pressurized air. In order to facilitate the extraction of air from the membranes, the one is slightly under pressure. The air comes from a blower or a compressor which provides a pressure higher than that prevailing in the fluidized enclosure.
  • the membranes are placed in the fluidized solids of the outer bed.
  • the hot solids taken from the main loop of circulating solids provide the heat input to maintain the membranes at the optimal operating temperature and they ensure the evacuation of oxygen from the outer wall of the membranes.
  • the solids also provide excellent thermal contact with a very strong material flow sweeping the external walls of the membranes at the right temperature, which improves the kinetics of oxygen transfer compared to an exchange on gas. alone. Since the heat exchange takes place with solids and not with gas, the surface area of the membranes required may be smaller, which is essential for the compactness and economy of the technology.
  • the possible adjustment of the flow rate of the solids feeding the membranes allows the temperature of the chambers of the outer bed to be adjusted. According to another characteristic, the membranes are placed above the fluidized solids of the outer bed.
  • the outer bed is used to heat the gas such as recycled CO 2 used for the fluidization of the bed and which then ensures the thermal back-up and the evacuation of the oxygen.
  • the membranes are disposed on at least part of the periphery of the perimeter of the lower hearth. This arrangement makes it possible to have additional membrane surfaces.
  • the membranes constitute an assembly resting on the hearth of the hearth. The floor being fluidized by recycled CO 2 , the placement of the membranes on the hearth of the hearth is possible since the rigidity of the hearth reduces the mechanical stresses on the tubes and therefore makes it possible to have great lengths.
  • the membranes consist of very long tubes supported by intermediate plates.
  • the intermediate tubular plates may or may not be cooled with inlet and outlet boxes.
  • the membranes consist of short length tubes with intermediate boxes.
  • the tubes can be arranged in series or in parallel.
  • the membranes consist of concentric tubes, the inner tube of which serves as a support for the outer membrane tube.
  • the inner tube is rigid enough to allow the mechanical strength of the membranes.
  • the inner tube has openings so that the oxygen in the air can pass through the membrane tube placed thereon and that it is rigid enough to improve the mechanical strength of the membranes.
  • a spacer is placed between the two tubes so as to hold the outer tube. It is traversed by the air either in the same direction as the current in the annular space in this case it has openings allowing communications of the air from the internal tubes towards the annular space, or against the current with a communication at the end of the tube in this case it has no openings along its length.
  • the air flows against the current in the space between the two tubes. In this case the two tubes do not have openings along their length, but they communicate at their ends. The air therefore travels through the first inner tube from end to end, then it passes through the inter tube and re-traverses the inter tube in the opposite direction.
  • a dense fluidized bed is placed along the internal walls of the hearth.
  • the supply of said dense fluidized bed containing the membranes by descending solids collected along the walls of the hearth makes it possible to increase the performance of the boiler at partial load and to lower its minimum load, because there is no then no longer needs to resort only to solids withdrawn from the external circulation which varies greatly depending on the load of the boiler, in particular at low load, which is an economic advantage for the operator.
  • Capture areas of the dense bed can directly accommodate the membrane tubes whose CO 2 O 2 exhaust is directly integrated into the hearth without connecting sheaths.
  • the air passing through the membranes is conveyed to a recovery boiler.
  • the enthalpy contained in this oxygen-depleted air is recovered by said recovery boiler, then the depleted air and cooled to low temperature (around 80 ° C) because it is not corrosive, it is discharged directly into the atmosphere through the chimney.
  • the recovery boiler on depleted air is tightly combined with a recovery boiler for combustion fumes leaving the home. The combination of the two recovery boilers makes the installation more compact, but they are separated in a sealed manner so as to only release air into the atmosphere, while the CO 2 is transferred to it for sequestration. or storage.
  • FIG. 1 is a general view of a boiler according to the invention
  • Figure 2 is a general view of a boiler with the variant of a bed arranged in the hearth
  • - Figure 3 is a detailed view of the bed with a first arrangement of the membranes
  • - Figure 4 is a detailed view of the bed with a second arrangement of the membranes
  • - Figure 5 is a detailed view of the bed with a third arrangement of the membranes
  • - Figure 6 is a detailed view of a support tube with a membrane
  • - Figure 7 is a detailed view of the bed with the membranes arranged above solids of the bed
  • - Figure 8 is a detailed view of the bed with the membranes arranged both in and above the bed
  • - Figure 9 is a detailed view of the hearth with membranes arranged in the bottom of the hearth
  • - Figure 10 is a detailed view of the hearth with membranes arranged on the hearth hearth
  • - Figure 11 is a top view of the hearth hearth of
  • the fluidized bed boiler 1 comprises a hearth 2 and a cyclone or separator 3 which allows the separation of the solids contained in the flue gases, a solids recirculation loop 4, an extraction of the solids 5 to a dense fluidized bed 6, called the outer bed, containing a set of membranes 7.
  • a duct 30 carries the combustion fumes leaving the cyclone 3 to a heat recovery boiler 8.
  • the outer bed 6 receives the solids 67 through the duct extraction 5, which are then reinjected into the hearth 2 through the conduit 60.
  • the fluidization of the bed 6 is ensured by recycled CO 2 arriving through the conduit 61 and then leaves via conduit 62 to be reintroduced into the hearth 2 by injectors 63 arranged at several levels.
  • the outside air arrives via a blower or compressor 70 then is directed towards the bed 6 by the pipe 71, it then passes the membranes 7 to come out through the pipe 72 which directs the depleted air to a boiler of recovery 9 to then be released into the atmosphere.
  • the air arrives through the pipe 71 after being pressurized by the blower 70, the pressure must be slightly higher than that prevailing in the enclosure of the bed 6 in order to promote the extraction of oxygen from the air.
  • the depleted air is sent through a pipe 72 to the recovery boiler 9 where it is cooled, then it is released into the atmosphere.
  • the solids are separated in the cyclone 3 then directed by the conduit 4 either to the bed 6 by 5, or by the direct return conduit 20 to the hearth 2.
  • the solids arriving in the bed 6 are cooled and then reinjected into the part bottom of the hearth 2.
  • the bed 6 is fluidized by gas such as recycled CO 2 arriving via the line 61, this fluidizing gas mixes with the oxygen produced by the membranes 7 and is then conveyed to the lower part of the hearth 2 by the pipes 62.
  • a dense fluidized bed 6a is placed at the bottom of the hearth 2, it contains membranes 7a.
  • the descending solids are then collected along the wall of the hearth 2 and fall into the bed 6a located on part or all of the periphery of the hearth 2.
  • a fluidizing gas such as recycled CO 2 , flows through the bed 6a and mixes with the oxygen released by the membranes 7a and leaves directly in the hearth 2 without requiring connection sheaths.
  • the membranes 7 are very long and arranged along the length of the bed 6 and supported by intermediate tubular plates 64 which can be cooled or not.
  • the air enters through the inlet box 65 and exits through the outlet box 66.
  • FIG. 4 and 5 correspond to a bed 6 where the membranes 7 consist of tubes of short length which are arranged between boxes input 65 and output 66 intermediaries arranged in series ( Figure 4) or in parallel (Figure 5).
  • the variant shown in Figure 6 is a membrane T consisting of a support tube 73 surrounded by the membrane tube 74. The air circulates inside the supp ort tube 73 comprising openings 73a which allow the oxygen to l air to be extracted and pass through the membrane 74.
  • Figure 12 shows a particular arrangement of the variant shown in Figure 6, where the two tubes 73 and 74 are spaced to allow air to pass. They are linked together by spacers 75.
  • FIG. 13 illustrates an arrangement where the two concentric tubes 73 and 74 are only open at their ends 730, 731 and 740.
  • the membranes 7 are arranged in the bed 6 above the solids 67, in this case the fluidizing gas (for example CO; ⁇ recycled) is heated by the solids 67 and allows the membranes 7 to function properly by bringing the fluidizing gas to the right temperature which makes it possible to extract oxygen from the air and ensures its evacuation.
  • the fluidizing gas for example CO; ⁇ recycled
  • membranes 7 it is possible to have them around the perimeter of the lower hearth 2 ( Figure 9) or constitute an assembly resting on the hearth 20 of the hearth 2 ( Figure 10 and 1 1).
  • the membranes 7 are placed on the hearth 20 of the hearth 2 which by its rigidity reduces the mechanical stresses undergone by the membranes 7 and allows to have great lengths.

Landscapes

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Description

Chaudière oxy-combυstion avec production d'oxygène La présente invention concerne les chaudières de centrale de production d'électricité et plus particulièrement celles utilisant des combustibles solides contenant des matières carbonées. Généralement ce type de chaudières utilise comme comburant de l'air. Cette technologie est éprouvée, mais elle doit faire face à de nouvelles exigences de capture de C02 dans les fumées provenant de la combustion de ces matières carbonées avant le rejet dans l'atmosphère. II est bien sur possible d'extraire sélectivement le C02 contenu dans les fumées, mais compte tenu de leur faible teneur (15% en volume), cette post capture se révèle pénalisante en rendement et extrêmement coûteuse. Pour réduire la quantité de C02 produite, il est connu des brevets US 6 202 574 et US 6 505 567 du titulaire, de réaliser la combustion en utilisant de l'oxygène non plus dilué dans de l'azote comme dans l'air, mais de l'oxygène dilué dans du C02 recyclé. La chaudière ne produit alors plus qu'un courant gazeux de C02 et de vapeur d'eau qui peut être séché et liquéfié pour être transporté vers une utilisation ultérieure du C02 ou pour une séquestration souterraine. Dans ce cas de combustion O2/CO2, l'étape sélective d'extraction du C02 contenu dans les fumées, à forte consommation énergétique est supprimée, mais il apparaît une nouvelle pénalisation énergétique provenant de la consommation électrique liée à la production d'oxygène par voie cryogénique qui est la seule disponible à ce jour pour produire de grandes quantités d'oxygène. La consommation due à la production d'oxygène est telle qu'elle risque de rendre prohibitive la technologie de l'oxy-combustion économiquement parlant. Il existe par ailleu rs des membranes de transport d'oxygène à haute température permettant d'extraire l'oxygène de l'air. Elles sont utilisées pour alimenter des brûleurs comme par exemple ceux décrits dans la demande de brevet WO02/077419 ou les brevets US 6 539 719, US 6 562 104. Mais ces membranes ne peuvent être utilisées qu'en milieu gazeux. D'autre part, il est nécessaire de balayer par un gaz auxiliaire l'oxygène qui sort de la membrane. L'objet de la présente invention est de proposer une chaudière utilisant de l'oxygène comme comburant qui ait à la fois un rendement élevé, une grande compacité et soit d'un coût relativement raisonnable. La chaudière selon l'invention est à lit fluidisé circulant, elle utilise des combustibles solides et de l'oxygène obtenu par des membranes de production d'oxygène à haute température, et elle est caractérisée en ce que les membranes sont disposées dans le lit. Ces membranes sont par exemple de type OTM (Oxygen Transport Membranes). Les membranes fonctionnant à plus de 700°C (entre 700 et 1000°C), leur positionnement dans le lit extérieur est particulièrement adapté car la température des solides circulant dans le lit extérieur est de 750 à 900°C. Ce qui est particulièrement remarquable car les fenêtres de température de fonctionnement du lit fluidisé circulant coïncident avec la fenêtre de température optimale d'utilisation des membranes. Selon une première caractéristique, les membranes sont parcourues par de l'air sous pression. Afin de faciliter l'extraction de l'air des membranes celui si est légèrement sous pression. L'air provient d'une soufflante ou d'un compresseur qui assure une pression supérieure à celle régnant dans l'enceinte fluidisée. Selon une caractéristique particulière, les membranes sont placées dans les solides fluidisés du lit extérieur. Les solides chauds prélevés de la boucle principale des solides circulants assurent l'apport thermique pour maintenir les membranes à la température optimale de fonctionnement et ils assurent l'évacuation de l'oxygène de la paroi externe des membranes. Les solides assurent par ailleurs un excellent contact thermique avec un très fort flux de matières balayant les parois externes des membranes à la bonne température, ce qui améliore la cinétique de transfert de l'oxygène par rapport à un échange sur gaz seul. Puisque l'échange thermique se fait avec des solides et non pas avec du gaz, la surface des membranes nécessaire pourra être plus faible, ce qui est essentiel pour la compacité et l'économ ie de la technologie. Le réglage possible du débit des solides alime ntant les membranes permet l'ajustage de la température des chambres du lit extérieur. Selon une autre caractéristique, les membranes sont placées au dessus des solides fluidisés du lit extérieur. Dans ce cas le lit extérieur sert à réchauffer le gaz tel que du CO2 recyclé utilisé pour la fluidisation du lit et qui assure ensuite l'appoint thermique et l'évacuation de l'oxygène. Il est possible de combiner avantageusement les deux implantations de membranes: dans les solides et a u dessus des solides. Selon une disposition particulière, les membranes sont d isposées sur au moins une partie du pourtour du périmètre du bas foyer. Cette disposition permet de disposer de surfaces supplémentaires de membranes. Selon une autre disposition particulière, les membranes constituent un ensemble reposant sur la sole du foyer. La sole étant fluidisée par du CO2 recyclé, le placement des membranes sur la sole du foyer est possible puisque la rigidité de la sole réduit les contraintes mécaniques sur les tubes et donc permet de disposer de grandes longueurs. Selon une première variante, les membranes sont constituées de tubes de grande longueur supportés par des plaques intermédiaires. Les plaques tubulaires intermédiaires peuvent ou non être refroidies avec des caissons d'entrée et de sortie. Selon une seconde variante, les membranes sont constituées de tubes de petite longueur avec des caissons intermédiaires. Les tubes peuvent être disposés en série ou en parallèle. Selon une troisième variante, les membranes sont constituées de tubes concentriques dont le tube intérieur sert de support a u tube de membrane externe. Le tube intérieur est suffisamment rigide pour permettre la tenue mécanique des membranes. Le tube intérieur comprend des ouvertures afin que l'oxygène de l'air puisse passer au travers du tube de membrane disposé dessus et qu'il soit suffisamment rigide pour améliorer la tenue mécanique des membranes. Selon une disposition particulière de la troisième variante, il existe un espace entre les deux tubes. Une entretoise est disposée entre les deux tubes de façon à assurer la tenue du tube extérieur. Il est parcouru par l'air soit dans le même sens que le cou rant dans l'espace annulaire dans ce cas il comporte des ouvertures permettant des communications de l'air des tubes internes vers l'espace annulaire, soit à contre courant avec une communication à l'extrémité du tube dans ce cas il ne comporte pas d'ouvertures sur sa longueur. Selon une autre disposition de la troisième variante, l'ai r circule à contre courant dans l'espace entre les deux tubes. Dans ce cas les deux tubes ne comportent pas d'ouvertures sur leur longueur, mais ils communiquent par leur extrémité. L'air parcourt donc le pre mier tube intérieur de bout en bout, puis il passe dans l'entre tube et re-parcourt l'entre tube en sens inverse. L'avantage de cette solution réside dans le fait que l'air est en contact direct avec la membrane sur toute la longueur du tube extérieur et non uniquement au droit des ouvertures. Selon une autre disposition, un lit fluidisé dense est placé le long des parois internes du foyer. Dans cette configuration, l'ali mentation dudit lit fluidisé dense contenant les membranes par des solides descendants recueillis le long des parois du foyer permet d'augmenter les performances de la chaudière à charge partielle et d'abaisser sa charge minimum, car on n'a alors plus besoin de recourir uniquement à des solides soutirés de la circulation externe qui varie fortement en fonction de la charge de la chaudière en particulier à faible charge, ce qui est un avantage économique pour l'exploitant. Les zones de capture du lit dense peuvent directement accueillir les tubes membranaires dont l'échappement de CO2 O2 est directement intégré dans le foyer sans gaines de liaison. Selon une autre caractéristique, l'air parcourant les membranes est acheminé vers une chaudière de récupération. L'enthalpie contenue dans cet air appauvri en oxygène est récupérée par ladite chaudière de récupération, puis l'air appauvri et refroidi à basse température (environ 80°C) car non corrosif, il est rejeté directement à l'atmosphère par la cheminée. Selon une caractéristique complémentaire, la chaudière de récupération sur air appauvri est combinée de façon étanche avec une chaudière de récupération des fumées de combustion sortant du foyer. La combinaison entre les deux chaudières de récupération permet de rendre l'installation plus compacte, mais elles sont séparées de façon étanche de façon à ne rejeter que de l'air à l'atmosphère, tandis que le CO2 est lui transféré vers une séquestration ou un stockage. En effet, toute non-étanchéité entre les deux chaudières abaisse la pu reté du CO2 par introduction d'azote et d'oxygène qui peuvent compromettre l'usage final du CO2. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - le figure 1 est une vue générale d'une chaudière selon l'invention, la figure 2 est une vue générale d'une chaudière avec la variante d'un lit disposé dans le foyer, - la figure 3 est une vue détaillée du lit avec une première disposition des membranes, - la figure 4 est une vue détaillée du lit avec une seconde disposition des membranes, - la figure 5 est une vue détaillée du lit avec une troisième disposition des membranes, - la figure 6 est une vue détaillée d'un tube support avec une membrane, - la figure 7 est une vue détaillée du lit avec les membranes disposées au dessus des solides du lit, - la figure 8 est une vue détaillée du lit avec les membranes disposées à la fois dans et au dessus du lit, - la figure 9 est une vue détaillée du foyer avec des membranes disposées dans le bas du foyer, - la figure 10 est une vue détaillée du foyer avec des membranes disposées sur la sole du foyer, - la figure 11 est une vue du dessus de la sole du foyer de la figure 10 - la figure 12 est une vue en coupe transversale de la troisi ème variante avec un espace entre les deux tubes - la figure 13 est une vue en coupe longitudinale de la trqisi ème version. Comme on peut le voir à la figure 1 , la chaudière à lit fluidisé 1 comprend un foyer 2 et un cyclone ou séparateur 3 qui permet la séparation des solides contenus dans les fumées, une boucle de recirculation des solides 4, une extraction des solides 5 vers u n lit fluidisé dense 6, appelé lit extérieur, contenant un ensemble de membranes 7. Un conduit 30 entraîne les fumées de combustion sortant du cyclone 3 vers une chaudière de récupération de chaleur 8. Le lit extérieur 6 reçoit les solides 67 par le conduit d'extraction 5, qui sont ensuite réinjectés dans le foyer 2 par le conduit 60. La fluidisation du lit 6 est assurée par du CO2 recyclé arrivant par le conduit 61 et repart ensuite par le conduit 62 pour être réintroduit dans le foyer 2 par des injecteurs 63 disposés à plusieurs niveaux. L'air extérieur arrive par l'intermédiaire d'une soufflante ou compresseur 70 puis est dirigé vers le lit 6 par la canalisation 71 , il passe ensuite les membranes 7 pour ressortir par la canalisation 72 qui dirige l'air appauvri vers une chaudière de récupération 9 pour être ensuite rejeté dans l'atmosphère. Nous allons maintenant décrire la circulation de l'air dans la chaudière 1 de la figure 1. L'air arrive par la canalisation 71 après avoir été mis sous pression par la soufflante 70, la pression doit être légèrement supérieure à celle régnant dans l'enceinte du lit 6 afin de favoriser l'extraction de l'oxygène de l'air. L'air appauvri est envoyé par une canalisation 72 vers la chaudière de récupération 9 où il est refroidi, puis il est rejeté dans l'atmosphère. Les solides sont séparés dans le cyclone 3 puis dirigés pa r le conduit 4 soit vers le lit 6 par 5, soit par le conduit de retour direct 20 vers le foyer 2. Les solides arrivés dans le lit 6 sont refroidis puis réinjectés dans la partie basse du foyer 2. Le lit 6 est fluidisé par du gaz tel que du CO2 recyclé arrivant par la canalisation 61 , ce gaz de fluidisation se mélange avec l'oxyg ène produit par les membranes 7 et est ensuite acheminé vers la partie basse du foyer 2 par les canalisations 62. Dans la variante représentée à la figure 2, un lit fluidisé dense 6a est placé dans le bas du foyer 2, il contient des membranes 7a. Les solides descendants sont alors recueillis le long de la paroi du foyer 2 et tombent dans le lit 6a situé sur une partie ou sur toute la périph érie du foyer 2. Un gaz de fluidisation, tel que du CO2 recyclé, parcourt le lit 6a et se mélange avec l'oxygène dégagé par les membranes 7a et ressort directement dans le foyer 2 sans nécessiter de gaines de liaison. Nous allons maintenant d écrire la disposition des membranes dans le lit 6 ou 6a. Dans la variante présentée à la figure 3, les membranes 7 sont de grande longueur et disposées dans la longueur du lit 6 et soutenues par des plaques tubulaires intermédiaires 64 qui peuvent être refroidies ou non. L'air entre par le caisson d'entrée 65 et sort par le caisson de sortie 66. Les variantes représentées aux figures 4 et 5 correspondent à un lit 6 où les membranes 7 sont constitués de tubes de petite longueur qui sont disposés entre des caissons intermédiaires d'entrée 65 et de sortie 66 agencés en série (figure 4) ou en parallèle (figure 5). La variante représentée à la figure 6 est une membrane T constitué d'un tube support 73 entouré du tube membranes 74. L'ai r circule à l'intérieur du tube supp ort 73 comprenant des ouvertures 73a qui permettent à l'oxygène de l'air d'être extrait et de traverser la membrane 74. La figure 12 représente une disposition particulière de la variante représentée à la figure 6, où les deux tubes 73 et 74 sont espacés afin de laisser passer l'air. Ils sont re liés entre eux par des entretoises 75. La figure 13 illustre une disposition où les deux tubes concentriques 73 et 74 ne sont ouverts qu'à leur extrémité 730, 731 et 740. L'air circule dans le sens de la flèche, il entre par l'extrémité 730 du tube 73 ressort par l'autre extrémité 731 qui communique avec le tube 74 par lequel l'air repart jusqu'à l'extrémité 740 du tube 74. Dans la variante de la figure 7, les membranes 7 sont disposés dans le lit 6 au dessus des solides 67, dans ce cas le gaz de fluidisation (par exemple du CO;≥ recyclé) est réchauffé par les solides 67 et permet le bon fonctionnement des membranes 7 en portant le gaz de fluidisation à la bonne tempé rature ce qui rend possible l'extraction de l'oxygène de l'air et assure so n évacuation. En combinant des membranes 7 immergées dans les solides et au dessus des solides 67 on augmente la surface membranaire 7 et donc le volume potentiel de production d'oxygène, pour un volume de lit identique. Pour disposer de membranes 7 supplémentaires, il est possible d'en disposer sur le pourtour du périmètre du bas foyer 2 (figure 9) ou en constituer un ensemble reposant sur la sole 20 du foyer 2 (figure 10 et 1 1 ). Dans la variante des figures 10 et 1 1 , les membranes 7 sont posées sur la sole 20 du foyer 2 qui par sa rigidité réduit les contraintes mécaniques subies par les membranes 7 et permet de disposer de grandes longueurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Chaudière (1 ) à lit fluidisé circulant utilisant des combustibles solides et de l'oxygène obtenu par des membranes (7, 7a) de production d'oxygène à haute température, caractérisé en ce que les membranes (7, 7a) sont disposées dans le lit (6, 6a).
2. Chaudière (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les membranes (7, 7a) sont parcourues par de l'air sous pression.
3. Chaudière (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les membranes (7, 7a) sont placées dans les solides (67) fluidisés du lit (6, 6a).
4. Chaudière (1 ) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les membranes (7) sont placées au dessus des solides (67) fluidisés du lit extérieur (6).
5. Chaudière (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les membranes (7) sont disposées sur au moins une partie du pourtour du périmètre du bas foyer (2).
6. Chaudière (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les membranes (7) constituent un ensemble reposant sur la sole (20) du foyer (2).
7. Chaudière (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les membranes (7) sont constituées de tubes de grande longueur supportés par des plaques intermédiaires (64).
8. Chaudière (1 ) selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les membranes (7) sont constituées de tubes de petite longueur avec des caissons intermédiaires.
9. Chaudière (1 ) selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les membranes (7) sont constituées de tubes concentriques dont le tube intérieur (73) sert de support au tube de membranes externes (74).
10. Chaudière (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il existe un espace entre les deux tubes (73, 74).
1 1 . Chaudière (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'air circule à contre courant dans l'espace entre les deux s tubes (73, 74).
12. Chaudière (1 ) selon une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que le lit (6) est placé à l'extérieur du foyer (2).
13. Chaudière (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un lit (6a) est placé est placé le long deso parois interne du foyer (20).
14. Chaudière (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'air parcourant des membranes (7) est acheminé vers une chaudière de récupération (9).
15. Chaudière (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé ens ce que la chaudière de récupération (9) est combinée de façon étanche avec une chaudière de récupération (8) des fumées de combustion sortant du foyer (2).
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